PERFURAÇÃO DIRECIONAL DE POÇOS DE PETRÓLEO MÉTODOS DE DEFLEXÃO E ACOMPANHAMENTO DIRECIONAL

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1 PERFURAÇÃO DIRECIONAL DE POÇOS DE PETRÓLEO MÉTODOS DE DEFLEXÃO E ACOMPANHAMENTO DIRECIONAL Fellipe Bruno Barbosa Bandeira¹ ; Gheorgia Victoria de Medeiros Silva 2 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus Campina Grande, Curso Técnico em Petróleo e Gás 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus Campina Grande, Curso Técnico em Petróleo e Gás RESUMO O aumento da escassez de recursos naturais tem levado a indústria a buscar combustível fóssil em locais cada vez mais remotos. A complexidade geométrica dessas reservas e a necessidade de aumento da produtividade desses reservatórios tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias que permitam a extração lucrativa de hidrocarbonetos, em reservatórios antes considerados inviáveis. Nesse contexto, a perfuração direcional tem sido responsável pela superação de inúmeros desafios associados ao alcance de reservatórios. Essa modalidade está se tornando um padrão para a perfuração de poços de produção, correspondendo a mais de 75% das operações no litoral brasileiro, e tornando-se também, cada vez mais popular em poços exploratórios. Embora se utilize de princípios oriundos da perfuração vertical, o aprimoramento dos sistemas de deflexão e orientação está tornando a perfuração direcional uma engenharia distinta da convencional exploração vertical. Contudo, o presente artigo propõe realizar uma revisão bibliográfica sobre os procedimentos operacionais e as várias ferramentas utilizadas na perfuração de poços direcionais. Discutindo a eficiência dos métodos e equipamentos empregados, em contrapartida aos poços verticais. Palavras-chave: Perfuração Direcional, Petróleo e Gás, Métodos de Deflexão, Acompanhamento Direcional. 1. INTRODUÇÃO O termo perfuração direcional é utilizado para delimitar um conjunto de métodos e ferramentas empregadas com finalidade de promover ganho de ângulo no poço perfurado, direcionando a trajetória até um alvo pré-determinado. Começou a ser desenvolvido quando a indústria de petróleo passou a explorar campos offshore, nos Estados Unidos em O método também era empregado na recuperação de poços obstruídos por prisões de colunas ou quebras de equipamentos [ROCHA, 2008]. No Brasil, essa técnica tem sido muito empregada no desenvolvimento de campos de produção marítimos; no estado da Bahia, onde existem reservas com muitas falhas geológicas; na perfuração de formações com domos salinos, comum na região dos poços de Salina Cristal (Rio Grande do Norte) e no Pré Sal. O emprego dos poços direcionais tornou possível a recuperação de hidrocarbonetos que não seriam prospectados por poços verticais. Aumentando o numero de reservas de petróleo que podem ser exploradas. A evolução da perfuração direcional tem permitido o sucesso da execução das mais complexas trajetórias. Segundo Almeida [2010], um poço direcional é

2 normalmente desenvolvido, quando se deseja [Figura 1]: Aumentar a produção de poços de petróleo, proporcionando uma maior área de contato entre o poço e o reservatório. Perfurar um reservatório onde é difícil ou impossível o acesso vertical. Permitir o agrupamento de vários poços em um único local, de modo a minimizar os impactos ambientais e reduzir custos de locação com sondas marítimas. Perfuração de poços de alivio para controlar poços em blowout. Perfurar em um reservatório abaixo de uma formação de difícil perfuração (domos salinos e falhas). formação de chavetas, devido ao atrito constante entre a coluna e o lado alto da parede do poço, provocando o surgimento de uma cavidade que obstrui a passagem da coluna de perfuração [PORTO, 2009]. Segundo Coelho [2009], a limpeza ineficiente também constitui um fator preocupante em poços inclinados. Podendo provocar a formação de um leito de cascalhos na parte inferior das paredes do poço. Diminuindo o diâmetro efetivo do poço, podendo ocasionar na prisão da coluna e consequentemente perda do poço. Desse modo, o desenvolvimento dessa atividade seria inatingível sem a evolução das técnicas de acompanhamento direcional e dos métodos de deflexão. Permitindo um rigoroso controle da trajetória da broca, até o objetivo. 2. MÉTODOS DE DEFLEXÃO Figura 1: Aplicações de poços direcionais Fonte: THOMAS [2004] Apesar da eficiência em alguns casos, é bem intuitivo perceber que perfurar um poço vertical é bem mais simples e barato que perfurar poços direcionais. Em poços verticais, problemas de torque e arraste não são considerados, já que a coluna de perfuração esta posicionada no centro do poço, sem que haja contato entre a parede e a coluna. Porém, quanto maior for a inclinação do poço, a ação da gravidade e das tensões promovem o contato entre a coluna e a parede do poço, provocando o aparecimento de forças de fricção. Outro problema inerente à perfuração de poços direcionais é a A deflexão de poços direcionais é uma etapa muito importante da perfuração. O sistema escolhido deverá direcionar o poço na inclinação necessária para atingir o reservatório. A precisão do sistema é importante para evitar correções futuras na trajetória do poço, que podem onerar o custo da perfuração. 2.1 Whipstock Conforme Rocha [2008], o Whipstock foi o primeiro método de deflexão desenvolvido pela indústria petrolífera. É uma ferramenta na forma de uma cunha de aço temperado, com uma extremidade em forma de ponta e uma ranhura côncava que guia a broca de encontro à parede do poço. Atualmente, tem seu uso restrito apenas para operações de sidetrack [Figura 2].

3 A grande desvantagem desse sistema é a limitada capacidade de ganho de ângulo e a necessidade de manobras constantes para substituição do bent sub, aumentando o tempo de permanência da sonda. Figura 2: Whipstock em sidetrack 2.2 Jateamento Britto [2010], afirma que o jateamento é uma técnica indicada para desviar poços em formações muito macias e arenosas. Nestas operações são utilizadas brocas tricônicas configuradas para que um dos jatos tenha um diâmetro maior. A força hidráulica do fluido de perfuração desgasta o poço na direção do jato de maior diâmetro, desviando a trajetória do poço [Figura 3]. Figura 3: Jateamento 2.3 Motor de Fundo O motor de fundo é um motor hidráulico impulsionado pelo fluido de perfuração [Figura 4]. Sua principal função é a transmissão de rotação à broca, de forma independente da rotação da coluna. A deflexão é obtida por meio de um sub torto (bent sub), posicionado acima do motor. Começou a ser utilizado em poços direcionais nos anos 70, mas passou a ser adotado também em poços verticais, por proporcionar um menor desgaste na coluna [SANTANA, 2010]. Figura 4: Motor de Fundo Fonte: SCHLUMBERGER [2004] 2.4 Sistema Steerable Segundo Mansano [2004], é um dos sistemas mais empregados em explorações, por apresentar uma ótima relação custo beneficio. É composto por um motor e um ferramenta de medição direcional, geralmente o MWD. Esse sistema opera em dois modos: Orientado e Rotativo. No método orientado, o motor é posicionado na superfície pelo MWD, até que ela atinja a inclinação desejada. Depois um pequeno trecho é perfurado pela ação da broca e então a coluna é descida. Uma vez que a inclinação e a direção desejada sejam alcançadas, a coluna inteira é rotacionada e a operação prossegue mantendo a trajetória. Essa parte da operação compreende o período de perfuração rotativa. 2.5 Sistema Rotary Steerable Segundo Britto [2010], o RST é uma ferramenta defletora que permite alteração na trajetória do poço em qualquer direção e inclinação em que

4 seja necessário fazer a rotação da coluna. Além disso, esse sistema permite rotacionar a coluna durante os trechos de ganho de ângulo e alteração na direção da trajetória do poço. Esse sistema também opera em dois modos: Push the Bit e Point the Bit. No Push the Bit, o RST opera atraves de pistões posicionados acima da broca, esses pistões empurram a parte inferior da coluna com intensidade necessária para promover a alteração na trajetória [Figura 5]. De uma maneira geral, a qualidade do poço perfurado não é muito diferente de um poço perfurado com motor de fundo. Figura 5: Posicionamento dos Pistões Defletores Fonte: BAKER HUGHES [2009] O Point the Bit opera através de um sistema de anéis excêntricos, na qual é criada uma flexão no eixo principal da ferramenta, que resulta na orientação da broca na direção oposta [Figura 6]. Nesse sistema, a qualidade do poço perfurado é superior á gerada pelos outros sistemas. Figura 6: Modo Point the Bit Fonte: HALLIBURTON [2009] 2.6 Turbinas As turbinas hidráulicas são equipamentos projetados unicamente para transformar a energia hidráulica proveniente do fluido de perfuração em velocidade e torque. Apesar da eficiência na transmissão de rotação, as turbinas tem uso restrito em formações muito duras e abrasivas [THOMAS, 2004]. 2.7 Coluna de Perfuração Na perfuração vertical, a coluna de perfuração é responsável por duas funções: promover peso sobre a formação e transmitir energia rotacional à broca. Segundo Rocha [2008], o que acontece em poços direcionais é que a coluna será um agente de deflexão da trajetória do poço. Isso é alcançado por meio do diferente posicionamento dos componentes básicos da coluna. As diferentes composições permitem ganhar, perder ou manter ângulo. Composição para ganhar ângulo (princípio da alavanca ou efeito fulcrum): O efeito de ganho de ângulo se baseia no efeito alavanca proporcionado pelo estabilizador próximo à broca. Quando aumentamos o peso aplicado à broca, o ponto de contato entre a coluna e a parede do poço é empurrado para baixo, aumentanto a inclinação [Figura 7].

5 Figura 7: Efeito Fulcrum Composição para manter ângulo (coluna empacada): São colocados três estabilizadores em sequência, depois da broca, separados por pequenas seções de comandos. Essa composição fará com que a coluna resista diante de uma curva, mantendo a tendência retilínea do poço [Figura 8]. Figura 8: Coluna Empacada Composição para perder ângulo (princípio do pêndulo): Os comando próximos à broca se inclinam, como em um pêndulo, e devido ao seu próprio peso pressionam a broca contra a parte baixa do poço [Figura 9]. Figura 9: Princípio do Pêndulo 3. ACOMPANHAMENTO DE POÇOS DIRECIONAIS Mesmo em poços verticais, a broca move-se em direções contrárias ao eixo de perfuração pretendido. Isso acontece devido a não uniformidade da formação, disposição das camadas e fatores de ordem operacional. O acompanhamento direcional é uma técnica fundamental para o sucesso da perfuração de um poço direcional. O conhecimento da trajetória adotada pelo poço, permite corrigir o curso da perfuração, caso ocorra algum desvio da trajetória programada. Além disso, é muito importante para evitar a colisão entre poços e garantir que o objetivo geológico seja efetivamente atingido. Durante a perfuração são realizadas aquisições de dados que permitem conhecer a posição espacial da broca no reservatório e consequentemente a trajetória adotada pelo poço. Na indústria petrolífera, esses dados são chamados de fotos ou surveys e trazem informações a respeito da inclinação, azimute e orientação da ferramenta de perfuração [BRITTO, 2010]. Os equipamentos presentes no mercado permitem a aquisição dos registros direcionais com diferentes níveis de precisão e preço. A seleção precisará levar em consideração criterios técnicos e econômicos do projeto.

6 3.1 Equipamentos Magnéticos de Registro Conforme Marques [2009], essas ferramentas não podem ser utilizadas próximas ou dentro de poços revestidos, por serem sensíveis a interferência do aço presente no revestimento. O emprego dessas ferramentas requer a presença de comandos não magnéticos ( monel), que diminuem a interferência provocada pela coluna de perfuração. Os principais equipamentos magnéticos empregados na perfuração de poços direcionais: Magnetic Single Shot (MSS): É a ferramenta de orientação mais simples da perfuração direcional. É composta por uma bussola magnética, um inclinômetro e uma câmera fotográfica que registra os dados em um filme individual. Após o registro da foto, o MSS é retirado do poço a cabo. Equipamento Magnético de Registro Múltiplo (MMS): Um equipamento de registro simultâneo semelhante ao MSS. Porém, possui a capacidade de realizar e registrar múltiplas aquisições. É geralmente empregado para investigar todo o poço depois da perfuração e permite um menor tempo de perfuração, pois os registros são tomados em uma única corrida. 3.2 Equipamentos Giroscópicos de Registro Diferente dos equipamentos magnéticos, os instrumentos giroscópicos possuem a grande vantagem de não serem influenciados por forças magnéticas, permitindo a investigação dentro ou próximo de poços revestidos. Tem uso restrito, pois necessitam interromper o processo de perfuração para serem corridos, gerando um maior tempo operacional e, com isso, um maior custo final. Segundo Rocha [2008], os principais equipamentos giroscópicos: Gyroscopic Single Shot (GSS) : Esse equipamento registra e grava a direção do poço em um filme em forma de disco. O registro direcional é feito por uma bússola giroscópica. Gyroscopic Multi Shot (GMS): Essa ferramenta pode ser operada a cabo ou pode ser lançada no poço através da coluna de perfuração, sendo que, na segunda opção, os registros são tomados durante sua manobra de retirada. Essa ferramenta é diferenciada do GSS pela capacidade de múltiplos registros. 3.3 Sistema de Navegação Inercial (INS) Considerado o sistema de registro direcional mais preciso do mercado. É composto por três giroscópios equipados com acelerômetros. O sistema permite determinar a posição e a velocidade de um corpo em movimento tridimensional, e também encontrar o norte magnético pela rotação da terra. Devido ao design desse sensor, essa ferramenta é capaz de trabalhar em poços de inclinações elevadas. O INS é corrido a cabo e é utilizado em operações que demandam um alto grau de precisão [ROCHA, 2008]. 3.4 Steering Tool O steering Tool é um equipamento de registro direcional composto por um sensor magnético de direção e um sensor gravitacional de inclinação (probe). E ssa ferramenta transmite os dados para a superfície em tempo real, através de um cabo elétrico [PORTO, 2009]. A desvantagem da transmissão de dados ser feita a partir de um cabo é que não será possivel rotacionar a coluna enquanto esta ferramenta estiver em uso. Outro problema é a fragilidade do cabo à rompimentos.

7 3.5 Equipamento de Medição Contínua Sem Cabo (MWD) O MWD é uma das principais ferramentas de aquisição de dados da atualidade. Permite obter dados de inclinação e orientação da ferramenta defletora em tempo real, sem a necessidade de cabo. A transmissão dos dados é feita por meio de pulsos de pressão do fluido de perfuração. Os pulsos de pressão são gerados por meio da ação de válvulas que modulam o fluxo do fluido de perfuração. Quando a válvula é fechada, o fluxo é interrompido, aumentando a pressão que é detectada na superfície. Quando a válvula permite o escoamento do fluxo, promove uma queda da pressão que é captada na superfície. Esse pulsos são captados por sensores de pressão, e interpretados por softwares [PORTO, 2009]. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS O cenário atual da perfuração de poços de petróleo tornou necessário o desenvolvimento de trajetórias mais aprimoradas, não sendo mais usual a exploração de grandes reservatórios por meio de poços de baixa inclinação. Além disso, os poços de petróleo se tornaram verdadeiros laboratórios, onde são desenvolvidos novos métodos e equipamentos, afim de tornar a perfuração uma operação mais eficiente, mais segura para os profissionais envolvidos no processo, mais lucrativa e com um menor impacto ambiental. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, E. L. F. Dinâmica Tecnológica das Indústrias Energéticas. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Direcionais e sua Influência no Monitoramento da Limpeza dos Poços. Universidade Federal do Rio de Janeiro, BRITTO, G. A. S. Energia Mecânica Específica e suas Aplicações na Perfuração de Poços de Petróleo. Universidade Federal do Rio de Janeiro, CORRÊA, O. L. S. Petróleo: Noções sobre Exploração, Perfuração, Produção e Microbiologia. Interciência, MANSANO, R. B. Engenharia de Perfuração e Completação em Poços de Petróleo. Universidade Federal de Santa Catarina, MARQUES, P. R. Estudo da Influência da Coluna de Perfuração na Hidráulica de Poços de Longo Alcance. Universidade Federal do Rio de Janeiro, PORTO, R. A. P. Interferência Magnética em Equipamentos de Registro Direcional. Universidade Federal do Rio de Janeiro, ROCHA, L. A. S. Perfuração Direcional. Interciência, SANTANA, H. Trabalho Prático Sondas de Perfuração e Completação. Universidade de Santa Cecilia, THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Interciência, BIANCA, S. C. Análise de Torque em Colunas de Perfuração de Poços

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